2012-2013学年高二化学选修4(鲁科版)同步练习第一章第三节化学能转化为电能—电池

第1页2012-2013学年高二化学选修4（鲁科版）同步练习第一章（一）原电池的工作原理1.原电池定义：能把化学能转化为电能的装置叫做原电池。2.原电池工作原理：具有还原性的物质在一个电极上失去电子发生氧化反应，失去的电子通过导线流向另一电极，在该电极上具有氧化性的物质接受电子发生还原反应，从而形成电子的定向运动，也就形成了电流。3.构成条件：两个物质条件和两个关系条件。两个物质条件：两个电极和电解质溶液或熔融状态的电解质。两个关系条件：两电极要直接或间接相连，两电极要同时与同一电解质溶液相接触。4.两电极的判断方法判断方法负极正极发生反应类型氧化反应还原反应电子得失情况失去电子获得电子电子流向电子流出极电子流入极5.电极反应和电池反应电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明。在原电池中，氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的，每个电极上只发生一个方向的电子转移，相当于氧化还原反应的一半，常称为半反应。这种在电极上进行的半反应叫做电极反应。电极反应总是涉及含有同一元素的不同价态的两种物质，一种处于较高价态，另一种处于较低价态，通常用单箭头表示这种有确定电子流向的电极反应。以Cu-Zn(H2SO4)原电池为例：负极反应：Zn→Zn2++2e（氧化反应）正极反应：2H++2e→H2↑（还原反应）电池总反应：Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑（化学方程式）Zn+2H+＝Zn2++H2↑（离子方程式）6.闭合电路：具有还原性的物质失去的电子从原电池的负极出发，通过导线流向原电池的正极，在该电极上具有氧化性的物质获得电子发生还原反应。与此同时，根据在同一闭合回路中同性电荷运动方向相同而异性电荷运动方向相反的规律，在电解质溶液中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，从而在两部分导体中形成闭合回路，如下图所示。（二）化学电源：能作为化学电源的是实用的原电池。电池有一次性电池、可充电电池和燃料电池等。1.一次性电池只能放电不能充电；如锌锰干电池。2.可充电电池也称为二次电池，可以反复充电、放电、充电时是一个电解池，外加直流电使电池内发生原电池反应的逆反应，将电能转化为化学能储存起来；如铅蓄电池。3.燃料电池并不是通过燃料的直接燃烧来发电的，而是通过燃料气体（如氢气、甲烷、甲醇、乙醇等）与氧气分别在两个电极上发生电极反应，将化学能转化为电能。燃料电池由于反应产物中只有水，不产生任何污染而备受关注。燃料电池具有能量利用率高、可连续使用、污染小等优点，成为很有发展前景的一种化学电源。如氢氧燃料电池。（上述三种电池的实际构造和电极反应式见教材。）（三）金属的腐蚀和防护1.金属腐蚀的定义：金属或者合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2.金属腐蚀的分类：第2页金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。两者的异同见下表：化学腐蚀电化学腐蚀定义金属直接与氧化性试剂发生电子转移而造成的金属腐蚀不纯的金属或合金与电解质溶液接触，由于形成原电池而使较活泼金属受到的腐蚀称为电化学腐蚀条件不能构成原电池（一般是干燥的环境）构成原电池现象无微电流产生有微电流产生本质金属被氧化金属被氧化3.电化腐蚀的分类：根据环境的不同，电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，两者的异同见下表（以铁的腐蚀为例）：析氢腐蚀吸氧腐蚀电解质溶液较强的酸性弱酸性、中性或碱性负极反应Fe→Fe2++2e-Fe+2OH-→Fe(OH)2+2e-正极反应2H++2e-→H2↑O2+2H2O+4e-→4OH-电池总反应Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑（假设电解质是H2SO4）2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)24.金属的防护（1）改善内部结构：如不绣钢。（2）加保护层：如油漆、搪瓷、塑料、油脂、凡士林、镀层（电镀、热镀、喷镀）致密氧化膜。（3）电化保护法：牺牲阳极的阴极保护法、外加电源保护法。（4）金属腐蚀快慢判断电解引起电化学腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。【典型例题】例题1.（双选）构成原电池的化学反应必须具备的特点是（）A.氧化还原反应B.复分解反应C.反应的焓变小于零D.反应的焓变大于零例题2.请根据化学反应Fe+2FeCl3＝3FeCl2设计一个原电池，并写出电极反应。例题3.碱性电池具有容量大，放电电流大的特点，故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(1)＝Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是（）A.电池工作时，锌失去电子B.电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e－→Mn2O3(s)+2OH-(aq)C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过0.2mol电子锌的质量理论上减小6.5g例题4.铁跟下列金属接触，能防止空气和水对铁腐蚀的是（）A.铜B.锌C.锡D.铅例1答案：AC例2解析：先分析氧化还原反应Fe+2FeCl3＝3FeCl2：Fe发生了氧化反应，FeCl3发生了还原反应；Fe在负极上发生反应，FeCl3在正极上发生反应；Fe本身可以充当电极，FeCl3不能充当电极，需找一种惰性电极可以用石墨电极，以FeCl3溶液做电解质溶液。答案：负极材料为Fe，正极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液。例3答案：C例4答案：B【模拟试题】（答题时间：40分钟）一.选择题第3页1.由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的氢离子浓度将（）A.不变B.先变小后变大C.逐渐增大D.逐渐变小2.把铜和碳棒用导线连接，插入FeCl3溶液中，下列说法正确的是（）A.不形成电流B.铜为负极C.铜极质量不变D.碳棒上发生氧化反应3.铁在下列情况下腐蚀最快的是（）A.铁放在海水中B.铁和锌连接放在水中C.铁和锡连接放在海水中D.铁和锡连接放在淡水中4.原电池的正极一定是（）A.化学性质较活泼的金属B.化学性质不活泼的金属C.电子流出的极D.电子流入的极5.氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转化为电能，而不经过中间热能这一形式，已广泛用于宇宙飞船及潜艇中，其电极反应为：负极：2H2+4OH－→4H2O+4e－正极：O2+2H2O+4e－→4OH－反应所产生的水为饮用水，今欲制得常温下1L水，则电池内转移电子的物质的量为（）A.1.1×102molB.4.5×10-2molC.8.9×10-3molD.5.6×102mol6.铅蓄电池的两极分别是Pb、PbO2，电解质溶液为稀硫酸，放电时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4+2H2O，下列有关叙述正确的是（）A.铅为负极被还原B.电解质溶液密度不断减小C.SO42-只向PbO2极移动D.溶液的pH不断减小7.心脏起搏器中的新型电池Li－I2电池的使用寿命可超过10年，其反应可简化为2Li+I2=2LiI，下列说法不正确的是（）A.负极的电极反应为Li→Li＋＋e－B.该电池以LiI溶液为电解质溶液C.该电池以有机碘化物为电解质溶液D.Li－I2电池是一种高能长效的固体电池8.关于牺牲阳极的阴极保护法叙述正确的是（）A.正极就是阳极B.负极就是阴极C.阳极发生氧化反应D.正极发生氧化反应9.将反应Zn+Br2=ZnBr2设计成蓄电池，则下列有关说法正确的是（）A.充电时阳极的电极反应是Zn2＋＋2e－→ZnB.放电时负极的电极反应是Zn→Zn2++2e－C.电解质溶液肯定不能用强碱D.电解质溶液可以用强酸10.下列事实中不能用电化学原理解释的是（）A.密封的铁罐可以盛装浓硫酸B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈C.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜D.铁制器件附有铜质配件在接触处易生铁锈二.填空题11.用铜、银与硝酸银设计一个原电池，则此电池的负极是_______，负极的电极式为_______________________。用锌片、铜片连接后浸入稀硫酸中，构成原电池，工作一段时间，锌片质量减少了3.25g，则铜片表面析出氢气的体积为________(标准状况下)，导线中通过电子的物质的量为_________。12、如图所示，把铁片和锌片放在盛有稀食盐水和酚酞溶液的混合液中，此装置中锌片是_______极，电极反应式为___________________；铁片是______极，电极反应式为________________________；电解质溶液在______片周围的溶液先呈红色。第4页13.把a、b、c、d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c上有大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则a、b、c、d四种金属的活动顺序由强到弱为____________。三.计算题14.锂电池是新一代高能电池，它以质量轻，能量高而普遍受到重视。目前已研制出了多种锂电池，某种锂电池的电池反应为Li+MnO2=LiMnO2,若该锂电池提供了5.3×10-5mol电子（其他损耗不计），则消耗正极材料的质量是多少？【试题答案】一.1.D2.B3.C4.D5.A6.B7.B8.C9.AD10.A二.11.Cu；Cu→Cu2++2e－；1.12L；0.1mol。12.负；Zn→Zn2++2e－；正；2H2O+O2→40H—；铁。13.acdb三.14.4.6×10-3g